TSC無功補償技術在港口工程中的應用

摘要： TSC技術能改善港口的電能質量，是一種新型的節能措施。本文介紹了TSC無功補償技術，港口負載特性及無功補償中碰到的問題，TSC設備在港口工程中的應用及前景。

關鍵詞：TSC 港口 無功補償

港口配電系統及負載特性

1、港口配電系統

港口一般都是由地區配網供電，經過總降所降壓后分配到碼口變電所、低壓動力變電所及廠區其它變電所。港區往往面積較大，并且用電負荷布置分散，大部分為220V～690V的低壓設備。

2、港口負載特性

港口的主要負載為各類裝卸設備，根據其負載特性可分為：

反復間歇負載：港口主要負載為岸吊，龍門吊等起重設備，吊車類負載占港口總負載容量的60%左右，吊車內電氣設備主要是大功率整流驅動直流電機或變頻驅動交流電機負載，典型工作循環為短時大電流起吊-工作負載電流提升平移-小電流或零電流下落，表現為反復間歇性沖擊負載，此類負載起動電流較大平均負載電流小、諧波電流含量較大，自然功率因數較低，一般在0.6以下。

不間斷運行設備：港口中也有不間斷運行的用電設備，如皮帶運輸機、油碼頭輸油泵、糧食碼頭吸糧機、煤碼頭斗輪機等，設備的電機其負荷較均勻，三相對稱，僅起動時引起負荷波動，功率因數也很穩定，一般為0.8左右。

港口除主要的裝卸負荷外，還會有一定的輔助負載，主要有：

電源類負載：為停泊船只提供三相岸電；為冷藏集裝箱等特殊集裝箱提供電源；為電瓶車、電瓶啟動柴油機吊車等使用的電瓶充電的充電電源。這類負載根據所提供的電源不同，特性有所區別，其中，冷藏集裝箱電源和電瓶電源，由于采用的整流和變頻技術，會產生較大的諧波。

照明負載：港口照明設備多為固定式，光源常用高壓鈉燈、白織燈、熒光燈、高壓水銀燈等。白熾燈為純電阻負載，功率因數為1，熒光燈、高壓鈉燈和高壓水銀燈功率因數0. 45～0. 65，補償后可達0. 85 以上。

港口配電系統電能質量特點及無功補償存在的問題

1、港口的配電系統其電能質量有以下的特點

1.1負荷快速變化，且變化頻繁

由圖1可以看到，負荷電流的平均變化幅度在1000A左右，最大變化幅度達到了1900A以上，且變化頻率大。

1.2存在大量諧波，且快速變化

由圖2可以看到，A相電流波形嚴重失真。

由表1、表2數據可以看出，系統諧波含量大，諧波電壓畸變率遠遠超過5%的國家標準，5、7、11次諧波電流也遠遠超過國標限值。

由圖3可以看出諧波變化頻繁且幅度很大。

1.3統功率因數偏低

港口的配電系統中存在大量感性電機負載，且大部分為反復間歇負載，經常處于低負載狀態，因而功率因數偏低。

2、港口的配電系統其無功補償存在的問題

港口供電負載起動電流較大平均負載電流小、諧波電流含量較大，自然功率因數較低，一般在0.6以下，傳統的功率補償采用接觸器投切電容器，此方式存在以下問題：

動作速度慢，對沖擊性負荷不能有效補償，始終處于“欠補/過補”反復交替狀態，不能解決這種負荷帶來的電壓不穩、閃爍變化、系統損耗等問題；

不能抑制諧波，容易引起串并聯諧振，放大諧波，同時造成電容器過電流；

裝置頻繁投切電容器，易使接觸器產生拉弧，多次動作后合觸點燒毀。

3、解決港口配電系統電能質量的途徑

靜態補償裝置不能有效解決港口配電系統電能質量存在的問題，而采用晶閘管投切的TSC調諧濾波器，其響應時間小于20ms，可以有效的解決無功動態跟蹤的問題，同時，采用串接調諧電抗器與電容器組成調諧濾波器來抑制系統的高次諧波。在諧波含量高、變化快的情況下，還可以增加有源濾波器來濾除系統諧波。

TSC動態無功補償技術工作原理

TSC（Thyristor Switched Capacitor）是采用復合開關（晶閘管）為投切媒介的電容補償器組。當功率因數低于設定值時，控制器對指定的晶閘管模塊輸出觸發信號，晶閘管模塊接收到觸發信號后，在系統電壓與調諧濾波器電壓相等時輸出觸發脈沖，導通晶閘管將電容補償器組投入運行；當系統無功功率高于設定值時，控制器停止發送投切信號，晶閘管模塊將電容器組退出工作。無需人工操作，自動運行。避免電壓閃變與浪涌的發生。

TSC動態無功補償技術特點

快速反應時間（<20mS）。從采集補償信號到晶閘管觸發導通在一個周期內完成，即20 ms響應，這就適應了快速變化負荷的動態跟蹤補償。

有效改善電壓降。引起電壓降的主要因素是系統中無功電流的變化，在負載快速變化的系統中更加明顯，TSC能快速跟蹤系統無功電流的變化，及時的進行補償，從而有效改善系統的電壓降。

有效改善功率因數。對于快速變化負載，TSC能滿足系統對無功補償的時效性要求，對系統的無功進行有效的補償，從而有效地提高系統的功率因數。

過零投切，消除浪涌。過零投切就是選擇晶閘管模塊兩端電壓在過零點時投入調諧濾波器，由此保證在投入瞬間沒有幾倍甚至是幾十倍于額定電流的浪涌沖擊電流，避免對電容器和電網造成影響。調諧濾波器切除時撤銷觸發信號，靠自然過零來切除。

抑制諧波。使用調諧濾波器進行無功補償，能有效的抑制系統諧波的放大、避免系統諧振并濾除部分諧波。

可分相補償。可通過控制單相晶閘管的導通與截止，來實現對單相調諧濾波器的快速投切，可對三相不平衡負載進行分相補償。

提高供電效率。TSC通過解決快速變化負荷的無功補償和諧波問題，使供電系統損耗減小，增大供電系統的使用裕度，提高出力比率，從而提高供電系統效率。

結論

如上所述，現在TSC在補償技術上越來越完美，越來越多的碼頭和港口也采用了這種補償方式，這種方式也將會作為無功補償的進一步發展方向而得到越來越多的應用。也將會給產品使用方帶來越來越多的方便與實惠。

（作者單位：中交第二航務工程勘察設計院有限公司）